Bu çalışmada, minimum ve geleneksel soğutma sıvısı kullanılarak farklı ilerleme hızları, devir sayıları ve farklı tipte freze kesici takımı kullanılarak yapılan deneyler sonrası iş parçası yüzey pürüzlülüğü ve çapak yüksekliği incelendi. Deneyler Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Takım Tezgâhları laboratuarında bulunan dikey işleme merkezli freze tezgahında (Lagun Ft-2-İspanya) yapıldı. Frezeleme işleminin yapıldığı freze tezgahının fotoğrafı Şekil 4.1 ve kesme işlemi ise Şekil 4.2’de görülmektedir.
Şekil 4.1. Deneylerin yapıldığı tezgah
Şekil 4.2. Kesme işlemi
Deney koşulları faktöriyel tasarım dikkate alınarak belirlendi. Faktöriyel tasarımda genelde değişik ve birbirleri ile ilişkili olmayan faktörlerin belli bir karaktere olan etkileri inceleme konusu yapılmaktadır. Bir başka anlatımla bir faktörün durumu diğer faktör ve faktörlerin değişik seviyelerinde ele alınmakta ve faktörler arasında karşılıklı etkileşim olup olmadığı ortaya çıkarılmaktadır. Faktöriyel tasarımda deneysel plan oluşturulurken her faktör planlanan seviyelerde göz önüne alınır. Deneysel tasarımı oluşturan her faktör üç seviye olarak göz önüne alındı (3n faktöriyel tasarım) ve 34=81 farklı koşulda deneyler yapıldı.
Yapılan deneylerde kullanılan değişken parametreler ve değerleri Tablo 4.1’de görülmektedir. Bu çalışma aralıklarında yapılan deneylerde soğutma sıvısı, klasik ve minimum hacimli olmak üzere iki farklı metotla kesme bölgesine gönderildi. Soğutma sıvısı olarak bor yağı-su karışımı kullanıldı. Bor yağı/karışım oranı geleneksel soğutma ile yapılan deneylerde 1/10 olarak ayarlandı, minimum hacimli soğutma tekniğinde ise bor yağı/karışım oranı 1/10 ve 9/10 olmak üzere iki farklı yoğunlukta çalışıldı.
Minimum soğutma sıvısı pülverize bir şekilde iş parçası-takım ara yüzeyine gönderildi. Pülverizasyon ve debi ayarı, boya tabancası ve pistonlu hava kompresörü kullanılarak sağlandı. Bu pistonlu hava kompresörünün basıncı 5 bar olarak seçildi. Minimum hacimli soğutma tekniğinde deneyler 5 ml/dak debi (Q) ile yapıldı, bu debi ve kompresör basıncı tüm deneyler boyunca sabit tutuldu. Geleneksel soğutma tekniğinde tezgâhın kendi soğutma sistemi kullanıldı ve deneyler 1 lt/dak debi ile yapıldı ve tüm deneyler boyunca bu debi sabit tutuldu.
Tablo 4.1. Deneylerde kullanılan parametreler Değişken Parametreler Değerleri
Devir sayısı (dev/dak) 260, 780, 1330
İlerleme hızı (mm/dak) 20, 40, 80
Matkap cinsi HSS, TiN, Karbür
Soğutucu tipi ve bor
yağı/karışım oranı Geleneksel (1/10), MSS (1/10 ve 9/10)
Deneylerde iş parçası malzemesi olarak standart AA 7075 alüminyum alaşımı kullanıldı. Deney numuneleri, 120x30x10 mm boyutlarında olup, Şekil 4.3’de görülmektedir. Standart AA 7075 alüminyum alaşımı kimyasal bileşimi Tablo 4.2’de görülmektedir. Numuneler üzerinden 1 mm derinliğinde ve 6 mm genişliğinde talaş kaldırıldı. Kesici takım malzemesi olarak 10 mm çapında 4 ağızlı HSS, TiN, Karbür kesici takımları kullanıldı. Her takım sadece 1 kez kullanılarak, bir sonraki deney için malafaya yeni takım takıldı. Yapılan deneylerde kesici takımın dönme yönü ile iş parçasının hareket yönü Şekil 4.4’te görülmektedir.
Tablo 4.2. AA 7075 alüminyum alaşımının kimyasal bileşimi
Element Cu Mg Mn Fe Si Cr Zn Al
Ağırlık (%) 1,2-2,0 2,1-2,9 0,3 0,5 0,4 0,18-0,28 5,1-6,1 Geriye kalan
Şekil 4.3. Deney numunesi.
Şekil 4.4. Frezeleme işleminde kesici takım dönme ve iş parçası hareket yönü
4.2. Yüzey Pürüzlülüğünün Tespiti
Yüzey kalitesi, parça yüzeyinde genellikle kesici takımın bıraktığı izlerden ve baskılardan meydana gelen düzgünsüzlük olarak ifade edilmektedir [30]. Parçanın yüzey kalitesini gösteren iki çeşit düzgünsüzlük vardır. Birincisi çok küçük yüzeysel hatalardan meydana gelen ve yüzey pürüzlülüğü denilen mikro geometrik düzgünsüzlük, ikincisi parçanın ideal şeklinden sapmalarını belirten ve form düzgünsüzlüğü denilen makro geometrik bozukluktur [30]. Tamamen giderilemeyecek şekilde olan ve ekonomik bakımdan uygun
6 120
30
10
görülen her iki yüzey düzgünsüzlüğü parçanın fonksiyonuna göre belirli sınırlar içerisinde tutulması gerekir. Bu sınırlar fonksiyonel ve ekonomik faktörler göz önüne alınarak tayin edilir.
Yüzey pürüzlülüğü Şekil 4.5’de görüldüğü gibi bir takım çıkıntı ve girintilerden meydana gelmiştir. Ölçme tekniğinin gelişmesi ile bu düzgünsüzlük kolayca ölçülebilir. Ayrıca bu yönteme uygun olarak yüzey pürüzlülüğünü somut bir şekilde ifade eden ve uluslar arası standartlarda kabul edilen bir sistem kurulmuştur. Bu sisteme göre pürüzler, yüzeye dik olan kesitlere göre tespit edilir. Bu kesitte numune uzunluğu boyunca pürüzlerin şeklini gösteren profilin ortalama çizgisine göre ortalama sapmaları tayin edilir [30]. Profil ile ortalama çizginin üstünde ve altında kalan alanların toplamı birbirine eşit olmak üzere bu çizginin yeri tespit edilir. Yüzey pürüzlülüğü, profilin aritmetik olarak ortalama yüksekliğidir ve Ra ile gösterilir. Böylece referans olarak profilin ortalama çizgisi alınırsa, yüzey pürüzlülüğü;
∫ = l l0ydΧ 1 a R (µm) (4.1) n y ... y y a R 0+ 1+ + n = (µm) (4.2)
Bağıntısı ile ifade edilir. Burada y0...yn geometrik ortalama için pürüz yükseklikleri ve numune uzunluğuna tekabül eden pürüz sayısıdır. Bu ana ifadenin yanı sıra, pürüzlülüğü karakterize eden pürüzlülüğün eni, dalga yüksekliği, dalga eni, kesici takımın çoğunlukta olan izleri gibi ikinci mertebeden faktörler de vardır (Şekil 4.7).
Şekil 4.5. Yüzey pürüzlülüğü ile ilgili örnekler [30]
Yüzey pürüzlülüğünün birimi mikron (10-3 mm) veya mikroinch (10-6) dir. Teorik bakımdan yüzey pürüzlülüğünü ifade etme imkânı sonsuz olmasına rağmen pratik nedenlere
0.25 0.25 d. Parlatılmış 2. 5 c.Taşlanmış 0.25 0.25 5 b. İnce tornalanmış a. Teorik yüzey
dayanarak, tercih edilen diziler veya yüzey pürüzlülüğü temsili sayıları tespit edilmiştir. Müşterek çarpanı (1.25) olup R10 serisinden oluşan ve tercih esnasında gerçekleşen yüzey pürüzlülüğü, işleme usulüne de bağlıdır [30]. Ra’ nın yanı sıra, en yüksek çıkıntı ile en düşük çıkıntı arasındaki uzaklığı belirten Ry değerleri de pürüzlülük kontrolünde kullanılmaktadır (Şekil 4.6). Ancak maksimum pürüzlülüğü ifade eden Ry değeri ölçülen yere göre değiştiğinden bu yöntem yetersizdir. Bu nedenle yüzeyin maksimum pürüzlülüğü, ezilme yüksekliği denilen Rz ile ifade edilmektedir.
Şekil 4.6.Yüzey pürüzlülüğünün değerlendirilmesi [30]
Ra ile Rz arasında belirli bir bağıntı olmamakla birlikte Şekil 4.7’de istatistiki değerlere dayanarak sayısal bağıntılar vardır. Bu bağıntı ortalama değer olarak;
A1=A2